[科普中国]-剎车油

简介

汽车制动液又叫刹车油,按原料组成分为： (1) 蓖麻油-醇型 是以精制蓖麻油加乙醇或丁醇制成; (2) 合成油型 由醚、醇、酯等物加添加剂而成; (3) 矿物油型以精制柴油馏分加稠化剂和抗氧添加剂而成。使用时应按具体行车条件选择。1

早期的汽车采用机械制动的鼓式刹车。随着液压技术的发展,液压制动刹车系统广泛应用在汽车上,使汽车的安全性进一步提高。尽管刹车系统的机构不断改进,但在刹车系统里担任制动的刹车油的工作原理却是不变的。当驾驶员踩刹车时,从脚踏板上踩下去的力量,由刹车总泵的活塞,通过制动液传递能量到车轮各分泵,使摩擦片张开,从而使汽车达到制动的目的,当停止刹车时,回位弹簧拉动摩擦片回到原来的位置。汽车制动液要保证车辆在严冬和酷暑的气温环境下,在高速、重负荷、大功率及频繁制动的操作条件下都能有效、可靠地保证汽车制动灵活。2

制动液的性能要求随着汽车性能的提高,对汽车制动以及制动液的要求亦越来越高,现代的汽车制动液应具备下列性能。

沸点要高由于汽车平均速度的增加及密闭式车轮设计导致空气流动不好,制动过程产生的摩擦热会使制动系温度升高,有时达150℃以上。如制动液的沸点太低,在高温时就会蒸发成蒸气,使制动系管路中产生气阻,导致制动失灵。为了保证安全,要求使用沸点高的制动液。汽车制动液规格指标中的平衡回流沸点就是用来评价刹车油的高温抗氧性能的。平衡回流沸点越高,高温抗氧气阻性越好。2

良好的金属保护性汽车制动系统中有各种有色金属零部件,制动液不应对零部件产生腐蚀,否则会使制动泵中的活塞和缸壁间隙增大,产生泄漏,导致压力下降,制动失灵。2

适宜的粘度和高的稳定性使用中要保持制动液有良好的流动性,使系统内压力能随制动踏板的动作迅速上升和下降,活塞能在油缸中顺利地滑动。要求制动液在很宽的温度范围内保持适当的粘度,在制动液规格里通常规定高温和低温时的运动粘度,制动液应能四季通用。制动液在高温条件下长期使用时,不能产生热分解和缩合使粘度增加,也不允许生成胶质和油泥沉积物。2

与橡胶有良好的配合性制动液不能使系统中的橡胶密封件及皮碗产生软化、溶胀、溶解、固化和紧缩。一般要求刹车油能使橡胶件有一定的膨胀性,以提供适当的轴封、有效的润滑与抗磨损性能。但膨胀不能过大,否则将使皮碗的体积增加,导致制动失灵。2

较高的水分容纳性刹车系统设计,无法完全阻止水分进入刹车系统,而水分的进入会使刹车油的沸点及粘度下降,影响刹车性能。因此刹车油要评定湿平衡回流沸点,与平衡回流沸点愈接近则性能愈好。2

pH值呈微碱性这是因为刹车油呈酸性时会加速制动系统金属零部件的腐蚀。2

良好的互溶性当与另一种制动液混合时或吸收水分后应有良好的互溶性,不能产生分层或沉淀而影响使用性能。2

制动液的分类、规格和牌号国外广泛采用SAE制动液分类,它是一种按最低平衡回流沸点及相应使用条件的分类方法,如表1所示。

我国现使用的制动液按原料不同,分合成型与矿油型二种。过去,我国曾大量使用安全性能很差的醇型汽车制动液。为了进一步增强汽车行驶的安全性,我国于1989年发布了《汽车制动液技术条件》 (GB10830- 89),规定使用性能优良的合成型制动液取代性能不稳定的醇型制动液。并要求于1990年5月1日起出厂的液压制动汽车不得装用醇型汽车制动液,应配用达到标准的合成型制动液。2

分类合成型制动液它是以合成油为基础油,加入润滑剂和抗氧、防腐和防锈等添加剂制成的制动液,具有性能稳定的特点,适合在高速、重负荷汽车上使用。按合成油原料不同,目前有醇醚型和酯型两种。醚型产品是以二乙二醇醚、三乙二醇醚、四乙二醇醚混合液为基础油制成的制动液,其优点是沸点较高;酯型产品是用二乙醇醚酯、乙二醇酯或其复合基础油制成的制动液,除沸点高外,还有低吸湿性的优点。1989年,我国颁布了汽车制动液规格的国家标准(GB 10830- 89)。该标准是根据我国国情,参照国外产品的先进指标而制订的。符合该标准的JG0～ JG5级汽车制动液的基本性能如图所示。

目前我国生产的合成制动液主要品种有4603号、4603- 1号, 4604和201号等。2

矿油型制动液矿油型制动液以精制的轻柴油馏分为原料,经深度精制后加入粘度指数改进剂、抗氧剂、防锈剂及染色剂等调合制成。具有良好的润滑性,对金属无腐蚀作用,但对天然橡胶有溶胀作用,使用时必须换用耐矿油的丁腈橡胶。按企业标准生产的7号矿油型制动液外观为红色透明液体,有低温流动性好的特点。2

刹车油的选择(1)合成型制动液因其工作温度较宽,对橡胶零件的溶胀率小,粘温性能好,对金属的腐蚀性微弱,故适用于高速、大功率、重负荷和制动频繁的汽车液压制动系统。该制动液冬夏通用。高性能载货汽车可选用4603号或4603- 1号合成制动液;国产轿车和要求使用SAE 1703制动液的车辆可选用4604合成制动液。

(2)矿油型制动液具有良好的润滑性能,腐蚀作用小,换油期长且使用不受地区、季节和车型限制。该制动液在我国各地可冬夏通用,能保证温度在- 50～ 150℃范围内正常使用。使用矿油型制动液的制动系要换用耐油橡胶件。7号矿油型制动液在严寒地区冬夏通用; 9号矿油型制动液适宜于- 25℃以上地区使用。2

我国制动液的技术现状目前国内外制动液的主流产品是非石油基的合成制动液,无论国外还是国内,最基本的DOT3合成制动液是由醇和醚组成的,所以又被称之为醇醚型合成制动液,这些醇主要集中在以乙二醇、多乙二醇为主的二元醇类物,醚类物质以多乙二醇单甲醚、多乙二醇单丁醚为主,DOT4合成制动液与DOT3的主要区别是提升了产品的湿沸点,用制造DOT3制动液的醇和醚类原料难以达到DOT4规格的要求,需要将多乙二醇单醚用硼砂进行酯化,得到多乙二醇醚硼酸酯,DOT4合成制动液主要以多乙二醇硼酸酯为主体原料配制,所以又将DOT4合成制动液称之为硼酸酯型的合成制动液。DOT5级别的合成制动液又分为DOT5和DOT5. 1,其中DOT5. 1和DOT4组成类型基本接近,可以和DOT3、DOT4相容,而DOT5是以硅油为主要组分的合成制动液,与DOT3、DOT4、DOT5.1是不相容的。DOT5级别的制动液较DOT4又大幅度提升了制动液的干沸点和湿沸点,同时又降低了低温- 40℃运动粘度上限。使DOT5等级的制动液可以满足更宽使用温度条件下的使用要求,DOT5制动液主要局限于赛车和军事装备上使用。3

无论国内还是国外,同等质量等级的合成制动液,其基础组分类型是基本相同的,在分子结构上差异性不大,因此不同厂商生产的同一质量等级的合成制动液是相容的,可以互换使用。不同的生产厂家采取的技术配方各异,配方中选用的功能性添加剂各不相同,各种基础材料的比例也不一样,一款质量优异的合成制动液必定是一个化学性质非常稳定的长效制动液,可以获得远超过常规2年的使用寿命,同时对金属腐蚀性可以达到接近“零腐蚀”状态,对橡胶的溶胀特性也可以控制在很理想的范围,因此,基础材料的结构优化、基础材料的精制、添加剂的化学效能、配方的质量成本的优化都会成为制动液开发的技术关键。3

经过30多年持续跟踪国外合成制动液的发展,我国合成制动液的产品标准已经和国际接轨。2006年5月起,长城DOT4合成制动液在上海大众出租汽车有限公司10台桑塔那3000型出租车进行了为期7个月总行程9万km的城市路面行车试验,与上海大众汽车出厂原装的国外一流品牌的同规格合成制动液进行同种条件下对比行车试验,试验通过油样分析、制动分泵拆解、制动路感评定等方式证明:中国石化长城DOT4合成制动液的实物质量在经过9万km行车里程后各项质量参数仍在DOT3规格的控制线内,实际换油周期超过9万km,各项评价参数均表现和国外一流制动液相当。3

但需要说明的是,制动液的基础原料主要来源于石油化工加工衍生物,国内合成制动液行业主要受制于上游原料多乙二醇醚的制约,国内多乙二醇醚生产厂家很少,可选择余地小。

我国制动液主要以DOT3为主,而国外主要以DOT4为主,随着汽车制造水平的提升,对制动系统安全性要求越来越高,带动制动液选用质量的升级,无论是现行的国家标准还是国际权威标准,对制动液的铸铁防锈特性没有进行限制,我国制动泵泵体材料主要是以价格相对便宜的铸铁材质为主,而国外是以铸铝材质为主,因此,我国制动液性能增加对铸铁材料的防护性要求是很现实的。3

值得注意的是,国外著名汽车制造企业普遍重视装配制动液的质量,体现在规格要求高,认证手续繁琐复杂,通用、福特、大众等汽车制造企业的制动液规格均要高于国际通用的制动液产品规格。我国自主品牌的汽车制造企业不妨借鉴国外先进经验,针对自身车型的特性和使用的金属与非金属材料,有针对性地制订高于国家标准的企业规格,增加装填制动液产品的可靠性,提升制动系统安全性能。3

我国刹车油发展趋势制动液新产品的开发与应用是为满足汽车液压制动系统对高性能制动液产品的需要而进行的。由于近年来我国汽车工业的发展趋势已逐渐向国际水平靠近,日本、欧洲、美国的主要车型都已在我国合资生产,同时,国外生产的高性能车辆也不断地进入我国汽车市场。因此,总的来看,我国汽车制动液的发展趋势与国外汽车制动液的发展趋势大同小异。

纵观我国汽车制动液的发展历程和现状,结合国外制动液发展情况和我国汽车工业的发展水平,可以认为,我国汽车合成制动液技术与产品质量水平已经发展到了较高水平,能满足各种车辆的使用要求。4

因此,汽车制动液今后的研究重点可能将不再体现在提高制动液的性能指标方面,而是体现在研究节能型的、对人体健康及使用环境友好的、长寿命的制动液产品上。另外在制动液产品类型和结构上将呈现如下趋势:

1)低级JG 3、HZY 3醇醚型合成制动液使用量所占比例将越来越小,中、高级JG 4、HZY 4、V 4醇醚硼酸酯型合成制动液将得到更大发展;

(2)JG 5、HZY 5级醇醚硼酸酯型合成制动液,由于其优异的高、低温性能、良好的性价比和与醇醚型、醇醚硼酸酯型合成制动液的相容性好,将会在一些高性能车辆及特殊用途车辆,如军用车辆中得到使用,推广应用前景广阔;硅酮型DOT5制动液由于生产成本高,以及与醇醚型、醇醚硼酸酯型合成制动液不相容,发展前景将受到一定限制;

(3)硅酯型制动液由于其优异的高温性能、优良的低温性能及与醇醚、醇醚硼酸酯型制动液的良好相容性,有一定的发展前途。4